Instrument package development for urban aerosol fast chemical measurements : study of Paris and Beijing aerosols.
Mise en place d'une mesure rapide de la composition chimique de l'aérosol en zone urbaine : étude en mégapoles
Résumé
The continuous population growth in urban area is accompanied by an increasing number of megacities especially in South East Asia. These urban regions form intense pollution spots with a particular concern for atmospheric particles. To evaluate their impact on climate, environment or human health, studies to document main sources and fast transformations of pollutants are mandatory. This may be obtained by quasi real time measurements of chemical composition. In this context, the present work shows the development and the qualification of a field instrumental package that has been built to retrieve aerosol chemistry on short duration scales. The package is composed of a PILS-IC (Particle-Into-Liquid-Sampler) for ion measurement, a thermo-optical analyser for EC and OC (EC-OC Sunset Field Analyzer), a PILS-TOC for water soluble OC measurements and a TEOM-FDMS for artefact free mass measurement. Optimisation and qualification of the instrument package are presented, followed by an evaluation of its potential using results of two field campaigns Paris (June 2007) and Beijing (August 2007) conducted at two different stages of its development. This package now allows PM2.5 mass and optical reconstructions on one-hour basis and provides data able to help for source identification (local vs regional, primary vs secondary) and a better understanding of organic aerosol properties (water solubility).
L'augmentation continue de la population urbaine s'accompagne d'une augmentation de la taille des villes et de l'apparition de mégapoles, particulièrement en Asie du sud-est. Ces agglomérations sont des sources intenses de pollution et en particulier de particules atmosphériques. Pour en étudier les différents impacts (sur le climat, l'environnement ou la santé) il est important de documenter les sources et les transformations rapides des polluants, ce que permettent les mesures en temps quasi-réel de leur composition chimique. C'est dans ce cadre que ce travail de thèse se propose de développer et qualifier un parc instrumental de terrain capable de documenter la chimie de l'aérosol sur des pas de temps court (au moins horaires). Cet ensemble permet la mesure des ions majeurs par technique PILS (Particle-Into-Liquid-Sampler), de la fraction carbonée (EC-OC) par technique thermo-optique (EC-OC Sunset Field Analyzer) et celle de la fraction organique hydrosoluble également par technique PILS. La masse totale de l'aérosol est obtenue sans artefact avec un TEOM-FDMS. L'optimisation et la qualification des instruments sont abordées, et le potentiel du parc (à différents stades de son développement) est évalué à partir de résultats obtenus pour les mégapoles contrastées Paris (Mai-Juin 2007) et Pékin (Août 2007). Cet ensemble instrumental permet de reconstruire la masse (PM2.5) et les propriétés optiques des aérosols sur des pas de temps horaires, d'aider à l'identification et à la déconvolution des sources d'aérosols (sources locales/régionales ou primaires/secondaires) ainsi que d'affiner la connaissance de l'aérosol organique à travers sa fraction insoluble/soluble.
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